Кіріспе

Термиялық физикадағы дифференциалдық теңдеу параметрі

Температура коэффициенті температураның белгілі бір өзгеруімен байланысты физикалық қасиеттің салыстырмалы өзгеруін сипаттайды. Температура dT-ға өзгеретін R қасиеті үшін температура коэффициенті α келесі теңдеумен анықталады:

Мұнда α температураның кері шамасына ие және мысалы, 1/K немесе K−1 арқылы көрсетілуі мүмкін. Егер температура коэффициентінің өзі температурамен тым көп өзгермесе, температураның R мәнін, оның R0 мәні белгілі болғанда T0 температурасында бағалау үшін сызықтық жуықтау пайдалы болады:

мұнда ΔT – T мен T0 арасындағы айырма. α температураға күшті тәуелді болса, бұл жуықтау тек ΔT температурасының шағын айырмашылықтары үшін ғана қолданылады. Температура коэффициенттері әртүрлі қолданулар үшін, соның ішінде материалдардың электрлік және магниттік қасиеттері, сондай-ақ реакциялық қабілеттері үшін көрсетіледі. Көптеген реакциялардың температуралық коэффициенті 2 мен 3 аралығында болады.

Теріс температура коэффициенті

Керамиканың көпшілігі кедергінің температураға теріс тәуелділігін көрсетеді. Бұл эффект кең температура диапазонында Аррениус теңдеуімен басқарылады:

мұнда R – кедергі, A және B – тұрақтылар, ал T – абсолюттік температура (K). B тұрақтысы электр өткізгіштігіне жауапты заряд тасымалдаушыларын қалыптастыру және қозғалту үшін қажетті энергиямен байланысты, сондықтан B мәні жоғарылаған сайын материал оқшаулағышқа айналады. Практикалық және коммерциялық NTC резисторлары температураға жақсы сезімталдық беретін B мәнімен қоса, шамалы кедергіні біріктіруге тырысады. B тұрақтысының маңыздылығы соншалық, NTC термисторларын B параметрі теңдеуін қолдану арқылы сипаттауға болады:

мұнда – температурадағы кедергі. Сондықтан, қабылданатын мәндерін беретін көптеген материалдар қорытқышталған немесе өзгермелі теріс температуралық коэффициенті (NTC) бар материалдарды қамтиды, бұл материалдың физикалық қасиетінің (мысалы, жылу өткізгіштігі немесе электр кедергісі) температураның жоғарылауымен төмендеуімен, әдетте, белгілі бір температура диапазонында пайда болады. Көптеген материалдар үшін электр кедергісі температураның жоғарылауымен төмендейді. Теріс температуралық коэффициенті бар материалдар 1971 жылдан бері еденді жылытуда қолданылып келеді. Теріс температуралық коэффициент кілемдердің, кресло-қалталардың, матрастардың және т.б. астындағы артық жергілікті қызуды болдырмайды, бұл ағаш еденге зиян келтіруі және сирек жағдайларда өртке әкелуі мүмкін.

Қайталанатын температуралық коэффициент

Қалдық магниттік ағын тығыздығы немесе B температурамен өзгереді және магниттің маңызды сипаттамаларының бірі болып табылады. Инерциялық гироскоптар және жүріп келе жатқан толқын құбырлары (TWT) сияқты кейбір қолданулар кең температуралық диапазон ішінде тұрақты өріс болуын қажет етеді. B-ның қайтымды температуралық коэффициенті (RTC) былай анықталады:

Осы талаптарды қанағаттандыру үшін 1970-ші жылдардың соңында температураға түзетілген магниттер әзірленді. Дәстүрлі SmCo магниттері үшін B температураның көтерілуімен төмендейді. Керісінше, GdCo магниттері үшін B температураның белгілі бір диапазон ішінде жоғарылауымен артады. Самарий мен гадолинийді қоспаға енгізу арқылы температуралық коэффициентті дерлік нөлге дейін төмендетуге болады.

Терместік кедергі коэффициенті

Оң температуралық коэффициент (PTC) – температурасы көтерілген кезде электр кедергісі артатын материалдарды білдіреді. Практикалық инженерлік қолданысқа ие материалдар температураның өсуімен салыстырмалы түрде жылдам артуды көрсетеді, яғни жоғары коэффициентке ие болады. Коэффициент неғұрлым жоғары болса, берілген температура өскенде электр кедергісі де соғұрлым артады. PTC материалды белгілі бір кіріс кернеуі үшін максималды температураға жету үшін жасауға болады, себебі температураның одан әрі өсуі белгілі бір деңгейде электр кедергісінің артуымен тоқтатылады. Сызықтық кедергілік қыздырудан немесе NTC материалдарынан өзгеше, PTC материалдары өзінен-өзі шектелу қасиетіне ие. Алайда, тұрақты ток көзі қолданылса, NTC материалдары да өзінен-өзі шектелуі мүмкін. Кейбір материалдардың температуралық коэффициенті экспоненциалды түрде де өсуі мүмкін. Мұндай материалдың мысалы – PTC резеңкесі.

Теріс температурадағы кедергі коэффициенті

Теріс температура коэффициенті (ТТК) – температурасы көтерілген кезде электр кедергісі төмендейтін материалдарды білдіреді. Инженерлік қолданысқа ие материалдар температурамен бірге салыстырмалы түрде жылдам төмендейді, яғни коэффициенті төмен болады. Коэффициент неғұрлым төмен болса, температураның өсуіне байланысты электр кедергісі соғұрлым көп төмендейді. ТТК материалдары ток шектегіштерін (ток шектегішінің тыныш температураға жеткенше жоғары бастапқы кедергісі болады), температура сенсорларын және термисторларды жасау үшін қолданылады.

Жартылай өткізгіштің кедергісінің теріс температуралық коэффициенті

Жартылай өткізгіш материалдың температурасының жоғарылауы заряд тасымалдаушылар концентрациясының артуына себеп болады. Бұл рекомбинацияға қолжетімді заряд тасымалдаушылар санын көбейтіп, жартылай өткізгіштің өткізгіштігін арттырады. Өткізгіштіктің артуы жартылай өткізгіш материалдың кедергісін температураның көтерілуімен бірге төмендетеді, соның салдарынан кедергінің температуралық коэффициенті теріс болады.

Температураға қарай икемділік коэффициенті

Эластикалық материалдардың серпімділік модулі температураға байланысты өзгереді, көбінесе температура жоғарылаған сайын төмендейді.

Реактивтіліктің температуралық коэффициенті

Ядролық инженерияда реактивтіліктің температуралық коэффициенті – реактор компоненттерінің немесе реактор салқындатқышының температурасының өзгеруінен туындайтын реактивтіліктің (қуаттың өзгеруіне әкелетін) өзгеруінің өлшемі. Оны былай анықтауға болады:

Мұндағы – реактивтілік, T – температура. Бұл қатынас реактивтіліктің температураға қатысты ішінара туындысының мәнін көрсетеді және ол "реактивтіліктің температуралық коэффициенті" деп аталады. Осылайша, температуралық кері байланыс пассивті ядролық қауіпсіздікті қамтамасыз етуде маңызды рөл атқарады. Теріс температуралық коэффициент реактор қауіпсіздігі үшін өте маңызды деп жиі айтылады, бірақ нақты реакторлардағы температураның кең ауқымды өзгеруі (теориялық біртекті реактордан өзгеше) реактор қауіпсіздігінің көрсеткіші ретінде бір ғана өлшемді пайдалану мүмкіндігін шектейді. Сумен баяулатылатын ядролық реакторларда температураға байланысты реактивтіліктің көп бөлігі су температурасының өзгеруінен туындайды. Дегенмен, реактордың әрбір элементінің өзіндік температуралық коэффициенті болады (мысалы, отын немесе қаптама). Отын температуралық коэффициентін анықтайтын механизмдер су температуралық коэффициентінен мүлдем өзгеше. Су температураның жоғарылауымен кеңейеді, бұл нейтрондардың баяулау кезінде ұзақ қашықтыққа жүруіне себеп болады, ал отын материалы айтарлықтай кеңеймейді. Отын температурасына байланысты реактивтіліктің өзгеруі Доплер кеңеюі деп аталатын құбылысқа байланысты, онда отын толтырушы материалындағы жылдам нейтрондардың резонанстық сіңірілуі оларды термалдануына (баяулауына) кедері келтіреді.

Бірліктер

Электрлік тізбек элементтерінің температуралық коэффициенті кейде ppm/°C немесе ppm/K ретінде беріледі. Бұл оның электрлік қасиеттерінің жұмыс температурасынан жоғары немесе төмен температураға дейін өзгерген кездегі ауытқу мөлшерін (миллионнан бір бөлік ретінде) көрсетеді.